CN105268918A - 抗腐蚀液冷散热冷板的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开的抗腐蚀液冷散热冷板的制备方法，旨在提供一种无需繁琐的焊接前处理，具有突出抗腐蚀能力和长期工作可靠性的冷板制备方法。本发明通过下述技术方案予以实现：分别以公共连通的底部横管的两边为起始点，采用两组平行排列管件沿纵向连续弯曲布局，且纵向两侧的弯曲圆弧环的折弯半径大于两平行管件的间距；每组平行排列管件的自由端通过各自的接口法兰固定连接；两组平行排列管件均通过沿纵向间隔排列的管道装夹工装进行固定装夹定位，然后采用布局有螺钉孔的模具定位板，将包裹流道钛管和接口法兰组件的蜡模装夹在两块模具定位板之间，放入熔炼炉消失模铸造成型为长方形平板。本发明解决了传统焊接冷板焊缝易开裂导致冷却剂渗漏的问题。
Description
技术领域
本发明是关于传热结构件，涉及通过冷却液带走热量的散热冷板的埋管型异种材料铸造加工方法。
背景技术
近年来，随着电子设备小型化、模块化、高集成度设计要求的提高，热流密度经常达到传统风冷设备的7～10倍，由于采用模块集中安装方式,拥有数量众多的发热量大的模块,因此散热问题非常突出。目前国内外电子设备大多采用冷却效率高的冷板液体间接冷却技术来解决散热问题。常见液冷冷板的显著特点是流道与金属基体一体化、冷却液在流道中运行以带走热量，一般采用铝合金材料，通过高速切削加工技术加工液冷冷板腔体和盖板零件，用定位销和工装装配定位夹紧后，真空钎焊整体焊接成形。由于传统钎焊冷板在加工完成后，冷板内部的流道连最基本的化学氧化处理都不能进行，更无法进行其它防护处理，只能依靠材料自身的耐蚀性来保障冷板的防护能力，防护处理死角或不均匀性导致冷却液长期运行产生腐蚀产物堵塞流道或腐蚀破坏流道，此外，大量用于冷板制造的铝合金材料，由于自身抗蚀性差、电偶腐蚀和冷却液酸碱度变化的存在，冷板内部流道的抗腐蚀问题更加突出。
在相关的专利文献中：中国专利公开号为CN102548337A、CN202488949U、CN103722345A、CN104244679A、CN102413670A的专利分别公开了名称为“一种复合铸造结构的液冷冷板”、“一种铸造冷板”、“电子元器件冷板”、“冷板及其冷板加工方法”、“一种液冷散热冷板”等专利文献，分析发现上述专利公开文献均存在一定的管道内部防护处理不足或加工过程十分复杂的问题，离满足简单批量化生产、具有显著液冷散热冷板流道抗腐蚀能力以及长期工作可靠性的冷板存在明显差距和差异。
发明内容
为了解决现有技术冷板内部流道日益突出的腐蚀堵塞问题，降低传统焊接冷板的渗漏风险，本发明提供一种方法简便，大批量制造成本低，无需繁琐的焊接前处理、焊接件组装与预处理以及后处理，液冷散热冷板流道具有突出抗腐蚀能力和长期工作可靠性的抗腐蚀液冷散热冷板的制备方法。
为解决以上技术问题，本发明采用的技术方案是：一种抗腐蚀液冷散热冷板的制备方法，其特征在于包括下列步骤：
为了增大液冷散热冷板流道钛管1，采用钛合金管材，利用折弯工装对液冷散热冷板流道管材进行折弯成型，并采用两组平行排列管件布局；两组平行排列管件分别以公共连通的底部横管的两边为起始点，沿纵向连续弯曲，且纵向两侧的弯曲圆弧环的折弯半径大于两平行管件的间距；每组平行排列管件的自由端通过各自的接口法兰4固定连接；所述两组平行排列管件均通过沿纵向平行间隔排列的管道装夹工装2进行固定装夹定位，以保证液冷散热冷板流道钛管的共面性；；然后采用布局有螺钉孔的模具定位板3，将包裹液冷散热冷板流道钛管1和接口法兰4组件的蜡模装夹在两块模具定位板3之间，整体放入熔炼炉中进行消失模铸造成型为长方形平板，该长方形平板中蜡模消失后被注入的液态铸铝合金填充替代，液态铸铝合金冷却凝固后即为铸铝冷板散热板5，埋入铸铝冷板散热板5中的液冷散热冷板流道钛管1和接口法兰4组件成为该液冷散热冷板的有机组成部分。
本发明相比于现有技术具有如下有益效果：
方法简便，大批量制造成本低。本发明按照流道设计的要求对液冷散热冷板流道钛管1，利用折弯工装进行折弯成型，对成型后的液冷散热冷板流道钛管1进行管道装夹工装2和模具定位板3设计制造，并固定装夹以保证液冷散热冷板流道钛管1的共面性；所采取的铸造加工工艺方法对液冷散热冷板流道钛管1的结构形式要求不大，能放入熔炼炉进行铸造的冷板均可进行制造加工。在冷板外形尺寸相同的条件下，相比目前由铝合金真空钎焊成型的液冷散热冷板流道，方法简便，大批量制造成本低。
无需繁琐的焊接前处理、焊接件组装与预处理以及后处理。按照流道设计的要求对液冷散热冷板流道钛管利用折弯工装进行折弯成型；对成型后的液冷散热冷板流道钛管1进行管道装夹工装2和模具定位板3设计制造，并固定装夹以保证液冷散热冷板流道钛管1的共面性，焊接液冷散热冷板流道钛管1与两侧接口法兰4；然后采用布局有螺钉孔的模具定位板3，将包裹液冷散热冷板流道钛管1和接口法兰4组件的蜡模装夹在两块模具定位板3之间，整体放入熔炼炉中进行消失模铸造，使冷板散热板5与液冷散热冷板流道钛管1一体化铸造成型为长方形平板，该长方形平板中蜡模消失后被注入的液态铸铝合金填充替代，液态铸铝合金冷却凝固后即为铸铝冷板散热板5，埋入铸铝冷板散热板5中的液冷散热冷板流道钛管1和接口法兰4组件成为该液冷散热冷板的有机组成部分；冷板相较于传统的焊接冷板，工艺简单，无需繁琐的焊接前处理、焊接件组装与预处理以及后处理。冷板散热板5与液冷散热冷板流道钛管1一体化铸造成型的液冷散热冷板的密封耐压值有较大改善，长期运行可靠性得到明显提高；
具有突出抗腐蚀能力和长期工作可靠性。本发明基于钛管的优良抗腐蚀性能，避免了对流道进行复杂的防护处理。液冷散热冷板流道钛管1与两侧接口法兰4采用焊接方式连接，进行气密性密封，接口法兰4与液冷散热冷板流道钛管1的焊接剖口深度加大至1.5mm-2mm，接口法兰4与液冷散热冷板流道钛管1连通部位制一螺纹孔，孔径大小与液冷散热冷板流道钛管1直径大小一致，可防止防护处理死角或不均匀性导致冷却液长期运行产生腐蚀产物堵塞流道或腐蚀破坏流道，保证了冷却液在流道中的长期可靠的运行，液冷散热冷板流道钛管1钛管呈弯曲状嵌在铸铝冷板散热板5即冷板基体中，两者成一整体，大大提高了冷板的抗腐蚀能力和环境适应性。通过专用折弯工具完成折弯，加大液冷散热冷板流道钛管1折弯半径以减小冷却介质流动阻力。
本发明采用异种材料埋管铸造加工方法，解决了传统液冷散热冷板流道难以进行防护处理的问题，提高了冷板的抗腐蚀能力，进而保证性能稳定，提高了工作稳定性和延长了工作寿命。冷板相较于传统的焊接冷板，有效地解决了传统焊接冷板焊缝易开裂导致冷却剂渗漏、冷板长期工作冷却液腐蚀冷板内部流道致穿漏液导致冷板失效和冷板内部流道无法进行表面处理的问题冷板加工方式是一体化铸造，将钛合金管及固定工装与铝合金铸件铸造成一整体，铸造冷板可靠性高，能够承受较高的压力，冷却剂不易渗漏，同时具有显著的散热冷却能力。利用钛合金优异的防腐蚀性能，解决了常见焊接冷板管道无法进行行复杂防护处理的问题，防止防护处理死角或不均匀性导致冷却液长期运行产生腐蚀产物堵塞流道或腐蚀破坏流道，保证了冷却液在流道中长期可靠地运行，大大提高了冷板的抗腐蚀能力和环境适应性。另外，相较传统焊接冷板，铸造冷板的制造成本和维修成本都得到了极大地降低。
本发明利用埋钛管铸造技术对现有技术无法采用表面处理方法防护的液冷散热冷板的流道进行防护，避免了传统液冷散热冷板流道内表面因无法防护造成冷却液对冷板腐蚀引起其流道阻塞导致产品性能下降的问题，实现了液冷散热冷板在冷却液中长期运行工作的可靠性，提高了设备的环境适应性和使用寿命。
本发明铸造液冷散热冷板采用埋管式一体化结构。液冷散热冷板由液冷散热冷板流道钛管1、管道装夹工装2、模具定位板3、接口法兰4、液冷板散热板5等主要结构件以及其它功能零部件组成。铸造成型后的冷板可根据实际需求进行机械要素加工成型，使其能够满足不同的外形需求，因而铸造液冷散热冷板优势巨大，可作共用件和标准件用。
本发明管道布局方面，冷板在设计中充分考虑散热要求进行管道布局，同时增大液冷散热冷板流道钛管1的折弯半径，有效地减小冷却介质的流动阻力。
附图说明
为了更清楚地理解本发明，现将通过本发明实施例，同时参照附图，来描述本发明，其中：
图1显示的是本发明抗腐蚀液冷散热冷板的铸造工艺结构分解示意图。
图2显示的是本发明抗腐蚀液冷散热冷板的结构示意图。
图中：1液冷散热冷板流道，2管道装夹工装，3模具定位板，4接口法兰，5冷板散热板。
具体实施方式
参阅图1-图2。在以下给出的一种抗腐蚀液冷散热冷板的埋管铸造异种材料加工方法实施例中，主要包括了结构外形、管道布局、冷板接头设计、管道装夹工装、一体化铸造加工五个组成部分。为提高液冷散热冷板的可靠性，液冷散热冷板流道钛管1与冷板散热板5采用异种材料熔模铸造成型。其中液冷散热冷板流道钛管1采用耐高温、耐腐蚀的钛合金管材，冷板散热板5材料是铸铝ZL101A。液冷散热冷板流道钛管1为液冷散热冷板的液体流动载体。为了增大液冷散热冷板流道钛管1，采用钛合金管材，利用折弯工装对液冷散热冷板流道管材进行折弯成型，并采用两组平行排列管件布局；两组平行排列管件分别以公共连通的底部横管的两边为起始点，沿纵向连续弯曲，且纵向两侧的弯曲圆弧环的折弯半径大于两平行管件的间距；每组平行排列管件的自由端通过各自的接口法兰4固定连接；所述两组平行排列管件均通过沿纵向平行间隔排列的管道装夹工装2进行固定装夹定位，以保证液冷散热冷板流道钛管的共面性；；然后采用布局有螺钉孔的模具定位板3，将包裹液冷散热冷板流道钛管1和接口法兰4组件的蜡模装夹在两块模具定位板3之间，整体放入熔炼炉中进行消失模铸造，使冷板散热板5与液冷散热冷板流道钛管1一体化铸造成型为长方形平板，该长方形平板中蜡模消失后被注入的液态铸铝合金填充替代，液态铸铝合金冷却凝固后即为铸铝冷板散热板5，埋入铸铝冷板散热板5中的液冷散热冷板流道钛管1和接口法兰4组件成为该液冷散热冷板的有机组成部分。蜡模是消失模铸造成型的方法中的一类。消失模铸造成型是液体金属取代泡沫或蜡模，冷却凝固后形成的一次成型铸造方法。
冷板设计方面，液冷散热冷板流道钛管1与两侧接口法兰4之间采用冷板接头连接，两组平行排列管件的接口法兰4与液冷散热冷板流道钛管1对称分布，接口法兰4对称中心与冷管连通部位做一不小于流道直径的孔，避免冷却液流动路径方向和大小突变，让流体平滑流动，以减小冷却介质流动阻力。接口法兰4与液冷散热冷板流道钛管1的焊接剖口深度加大至1.5mm-2mm，采用精密焊接方式连接，通过多次试验确保满足气密性。
管道装夹工装方面，采用具有半圆槽的管道装夹工装2对铸造冷板流道钛管定位。通过管道装夹工装实现冷却管道在模具中的高精度定位，保证铸造冷板的成型质量，此外，管道装夹工装的设置能够实现定位组件在铸造液冷散热冷冷板中的自锁紧，保证管道装夹工装不会从冷板管道上脱落。
一体化铸造方面，首先对液冷散热冷板流道钛管进行折弯成型；设计制造液冷散热冷板流道钛管管道装夹工装2；固定装夹好的液冷散热冷板流道钛管1与接口法兰4采用焊接方式连接，利用异种材料铸造熔模具将两者通过蜡模放入熔炼炉中进行消失模铸造成型，蜡模通过平行排列的螺钉装夹在两块模具定位板3之间。成型后，铸铝冷板散热板5成为液冷冷板基体，为长方形平板，液冷散热冷板流道钛管1呈弯曲状嵌在铸铝冷板散热板5中成一整体。
具体步骤主要包括：
A.采用钛合金管材材料按照冷却液流道设计的要求布局液冷散热冷板流道，增大液冷散热冷板流道钛管1纵向两侧的折弯半径，利用折弯工装对液冷散热冷板流道钛管1进行折弯成型；液冷散热冷板流道钛管1与两侧接口法兰4采用焊接方式连接，进行气密性密封，接口法兰4与液冷散热冷板流道钛管1的焊接剖口深度加大至1.5mm-2mm，接口法兰4与液冷散热冷板流道钛管1连通部位制一螺纹孔，孔径大小与液冷散热冷板流道钛管1直径大小一致；
B.对成型后的液冷散热冷板流道钛管1进行管道装夹工装2和模具定位板3设计制造，采用具有半圆槽的管道装夹工装2，沿液冷散热冷板流道钛管1纵向平行排列进行固定装夹定位，以保证液冷散热冷板流道钛管1的共面性；
C.利用异种材料铸造熔模具，通过蜡模将焊接后的液冷散热冷板流道钛管1和两侧接口法兰4整体放入熔炼炉中进行消失模铸造成型，蜡模通过平行排列的螺钉装夹在两块模具定位板之间。成型后铸铝冷板散热板5成为液冷冷板基体，为长方形平板，液冷散热冷板流道钛管1呈弯曲状嵌在铸铝冷板散热板5中与之成一整体。
Claims (10)
1.一种抗腐蚀液冷散热冷板的制备方法，其特征在于包括下列步骤：
增大液冷散热冷板流道钛管(1)，采用钛合金管材，利用折弯工装对液冷散热冷板流道管材进行折弯成型，并采用两组平行排列管件布局；两组平行排列管件分别以公共连通的底部横管的两边为起始点，沿纵向连续弯曲，且纵向两侧的弯曲圆弧环的折弯半径大于两平行管件的间距；每组平行排列管件的自由端通过各自的接口法兰(4)固定连接；所述两组平行排列管件均通过沿纵向平行间隔排列的管道装夹工装(2)进行固定装夹定位，以保证液冷散热冷板流道钛管(1)的共面性；然后采用布局有螺钉孔的模具定位板(3)，将包裹液冷散热冷板流道钛管(1)和接口法兰(4)组件的蜡模装夹在两块模具定位板(3)之间，整体放入熔炼炉中进行消失模铸造成型为长方形平板。
2.根据权利要求1所述的抗腐蚀液冷散热冷板的制备方法，其特征在于，长方形平板中蜡模消失后被注入的液态铸铝合金填充替代，液态铸铝合金冷却凝固后即为铸铝冷板散热板(5)，埋入铸铝冷板散热板(5)中的液冷散热冷板流道钛管(1)和接口法兰(4)组件成为该液冷散热冷板的有机组成部分。
3.根据权利要求1所述的抗腐蚀液冷散热冷板的制备方法，其特征在于，液冷散热冷板流道钛管(1)与冷板散热板(5)采用异种材料熔模一体化铸造成型。
4.根据权利要求1所述的抗腐蚀液冷散热冷板的制备方法，其特征在于，所采用的冷板散热板(5)材料是铸铝ZL101A，液冷散热冷板流道钛管(1)材料是钛合金管材材料。
5.根据权利要求1所述的抗腐蚀液冷散热冷板的制备方法，其特征在于，液冷散热冷板流道钛管(1)与两侧接口法兰(4)之间采用冷板接头连接。
6.根据权利要求1所述的抗腐蚀液冷散热冷板的制备方法，其特征在于，两组平行排列管件的接口法兰(4)与液冷散热冷板流道钛管(1)对称分布，接口法兰(4)对称中心与液冷散热冷板流道钛管(1)连通部位做一不小于流道直径的孔。
7.根据权利要求1所述的抗腐蚀液冷散热冷板的制备方法，其特征在于，接口法兰(4)与液冷散热冷板流道钛管(1)的焊接剖口深度加大至1.5mm-2mm，采用精密焊接方式连接，通过多次试验确保满足气密性。
8.根据权利要求1所述的抗腐蚀液冷散热冷板的制备方法，其特征在于，接口法兰(4)与液冷散热冷板流道钛管(1)连通部位制一螺纹孔，孔径大小与液冷散热冷板流道钛管直径大小一致。
9.根据权利要求1所述的抗腐蚀液冷散热冷板的制备方法，其特征在于，蜡模是消失模铸造成型的方法中的一类。
10.根据权利要求1所述的抗腐蚀液冷散热冷板的制备方法，其特征在于，消失模铸造成型是液体金属取代泡沫或蜡模，冷却凝固后形成的一次成型铸造方法。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |